Thermocycler oder thermal Cycler sind Geräte, die für einen zyklischen Temperaturwechsel der Polymerasekettenreaktion (PCR) entwickelt wurden. Die PCR ist eine in vitro Technik, mit der man gezielt Desoxyribonukleinsäure- (DNS bzw. DNA)-Abschnitte vervielfältigen kann. Um eine PCR durchzuführen, benötigt man eine DNA-Matrize und zwei kurze bekannte DNA-Sequenzen, die Oligonukleotide oder auch Primer genannt werden.
Die Polymerasekettenreaktion (PCR)
Zudem benötigt man folgende Desoxynukleosidtriphosphate: dATP, dCTP, dGTP sowie dTTP, die man im Allgemeinen als dNTPs zusammenfasst. Die Reaktion findet in einer wässrigen gepufferten Lösung statt und wird von einer thermostabilen DNA-Polymerase katalysiert. Verschiedenen thermostabile Polymerase wurden zu diesem Zwecke isoliert und viele sind kommerziell erhältlich (Terpe 2016).
Die PCR Amplifikation
Die Amplifikation der ausgewählten Matrize läuft so ab, dass als Erstes in einem Denaturierungsschritt bei 95-99 °C der DNA-Doppelstrang in seine beiden Einzelstränge geschmolzen wird. Es folgt ein Annealing-Schritt bei 45-65 °C. Die Oligonukleotide lagern sich bei diesen Temperaturen an die Matrize. Und der dritte und letzte Schritt ist der Elongationsschritt bei 68-75°C. Die Polymerase füllt den Doppelstrang auf. Dieser Zyklus kann sich 20 bis 40 Mal je nach Prozess wiederholen. Dabei wird das Produkt exponentiell vervielfältigt.
Die Einsatzgebiete der PCR
Die Einsatzgebiete sind heutzutage vielfältig: Nachweise von Krankheitserregern wie Retroviren, Viren oder Bakterien, Kartierung von Genomen, Typisierung von HLA-Antigenen, Fingerprintanalysen, Klonierungen, Gensynthese, Charakterisierung oder Einfügen von Mutationen, Sequenzierungen, Genotyping sind einige der vielen Anwendungen.
Der entscheidende Faktor: Die Temperatur
Entscheidend für die PCR sind die Temperaturen. Diese müssen von den Thermocyclern genaustens eingehalten werden. Zudem sollten die Temperaturwechsel zwischen den jeweiligen Schritten schnell ablaufen. Am Markt haben sich Thermocycler durchgesetzt, die Peltier-Elemente zum Heizen und Kühlen verwenden. Ein Block aus Wärme leitendem Metall, in dem die Probenträger hineingestellt werden, wird mit Hilfe dieser Peltier-Elemente temperiert.
Silber oder Aluminium?
Blöcke aus Aluminium und Silber haben sich bewährt. Silber hat mit einer Wärmeleitfähigkeit von 429 W/mK bessere Eigenschaften als Aluminium mit 237 W/mK. Die Silberblöcke benötigen weniger Strom, erzeugen weniger Abwärme und Betriebsgeräusche. Zudem wird die Blockuniformität schneller erreicht. Die Thermocycler mit dem Namen Labcycler sind sowohl mit einem kostengünstigen Aluminiumblock als auch einem hochwertigen Silberblock verfügbar und garantieren ein reproduzierbares Arbeiten über einen langen Zeitraum. Die SensoQuest GmbH bietet ein komplettes Produktportfolio rund um die Thermocycler an.
Die Ansprüche an den Thermocycler
Vom Labcycler mit Thermoblock 384 aus hochwertigem Silber für den Hochdurchsatz bis zum kostengünstigen Labcycler 48 aus Aluminium für den Einsatz im kleinen Forschungslabor kann jeder Anwender seinen persönlichen Thermocycler finden, der allen individuellen Ansprüchen genügt.
Haben Sie Fragen? k.terpe@sensoquest.de